(57)【要約】【課題】  本発明は、基体の表面に多数の粒子を固定してなる粒子配列基体の製造方法に関し、基体の表面に多数の粒子を高い精度で確実に固定することを目的とする。【解決手段】  基体の表面に多数の粒子を固定してなる粒子配列基体の製造方法において、前記基体の表面にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層に多数の凹部を有するパターンを形成するパターン形成工程と、前記凹部に前記粒子を配置する粒子配置工程と、前記粒子を前記基体に保持部材により固定する固定工程とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面に多数の粒子を固定してなる粒子配列基体の製造方法において、
前記基体の表面にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記レジスト層に多数の凹部を有するパターンを形成するパターン形成工程と、
前記凹部に前記粒子を配置する粒子配置工程と、
前記粒子を前記基体に保持部材により固定する固定工程と、
を有することを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記固定工程における前記保持部材を、めっきにより形成することを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記固定工程は、
前記凹部に前記粒子をめっきにより仮固定する仮固定工程と、
前記レジスト層を除去する除去工程と、
前記粒子を前記基体にめっきにより固定する本固定工程と、
を有することを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記粒子の粒径を略同一の粒径にするとともに、前記凹部の寸法を、前記粒子を１個のみ配置可能な寸法にし、前記各凹部に前記粒子を１個ずつ配置することを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記粒子の粒径を略同一の粒径にするとともに、前記凹部の寸法を、前記粒子を複数配置可能な寸法にし、前記各凹部に前記粒子を複数個ずつ配置することを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記粒子の粒径を複数種類の粒径にするとともに、前記凹部の寸法を、前記複数種類の粒子を配置可能な寸法にし、前記各凹部に、前記複数種類の粒子を、粒径の大きい粒子から順に配置することを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記凹部の深さを、前記粒子の粒径以上の深さにしてなることを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項８】
請求項２ないし請求項７のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記仮固定工程における前記粒子の前記凹部への仮固定を、電気めっきにより行うことを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記電気めっきで使用する電気めっき液に、前記粒子の比重より小さい比重の電気めっき液を使用することを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項１０】
請求項２ないし請求項９のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記本固定工程における前記粒子の前記基体への固定を、無電解めっきにより行うことを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記粒子配置工程における前記凹部への前記粒子の配置を、前記パターンの形成された前記基体を液体中に浸漬した状態で、前記パターン上に前記粒子を載置し、前記パターンに沿ってスキージを移動することにより行うことを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記液体は、界面活性剤溶液であることを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、
前記粒子は、砥粒であることを特徴とする粒子配列基体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体の表面に多数の粒子を固定してなる粒子配列基体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基体の表面に多数の砥粒をめっきにより固定する方法として、例えば、特開平６−１１４７４１号公報に開示される方法が知られている。
この公報に開示される方法では、先ず、基体の表面にパターンシートが貼着され、パターンシートの各孔に対応する基体の表面にめっき層が形成される。次に、めっき層の表面に砥粒が１個ずつ配置されて仮付けされる。そして、パターンシートを除去した基体の表面にめっき層が形成され、最後に、基体の全表面にめっき層を成長させて砥粒が基体に固着される。
【特許文献１】特開平６−１１４７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の方法では、パターンシートを網状に編んで形成しているため、精度の高いパターンシートを製造するのに多大な工数が必要になるという問題があった。また、網状のパターンシートを基体に貼着しているため、パターンシートの変形等により、パターンシートを基体に高い精度で貼着することが困難であり、砥粒の配列精度にも限度があるという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、基体の表面に多数の粒子を高い精度で確実に固定することができる粒子配列基体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の粒子配列基体の製造方法は、基体の表面に多数の粒子を固定してなる粒子配列基体の製造方法において、前記基体の表面にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層に多数の凹部を有するパターンを形成するパターン形成工程と、前記凹部に前記粒子を配置する粒子配置工程と、前記粒子を前記基体に保持部材により固定する固定工程とを有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の粒子配列基体の製造方法は、請求項１記載の粒子配列基体の製造方法において、前記固定工程における前記保持部材を、めっきにより形成することを特徴とする。
請求項３の粒子配列基体の製造方法は、請求項２記載の粒子配列基体の製造方法において、前記固定工程は、前記凹部に前記粒子をめっきにより仮固定する仮固定工程と、前記レジスト層を除去する除去工程と、前記粒子を前記基体にめっきにより固定する本固定工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項４の粒子配列基体の製造方法は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記粒子の粒径を略同一の粒径にするとともに、前記凹部の寸法を、前記粒子を１個のみ配置可能な寸法にし、前記各凹部に前記粒子を１個ずつ配置することを特徴とする。
請求項５の粒子配列基体の製造方法は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記粒子の粒径を略同一の粒径にするとともに、前記凹部の寸法を、前記粒子を複数配置可能な寸法にし、前記各凹部に前記粒子を複数個ずつ配置することを特徴とする。
【０００８】
請求項６の粒子配列基体の製造方法は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記粒子の粒径を複数種類の粒径にするとともに、前記凹部の寸法を、前記複数種類の粒子を配置可能な寸法にし、前記各凹部に、前記複数種類の粒子を、粒径の大きい粒子から順に配置することを特徴とする。
請求項７の粒子配列基体の製造方法は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記凹部の深さを、前記粒子の粒径以上の深さにしてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項８の粒子配列基体の製造方法は、請求項２ないし請求項７のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記仮固定工程における前記粒子の前記凹部への仮固定を、電気めっきにより行うことを特徴とする。
請求項９の粒子配列基体の製造方法は、請求項８記載の粒子配列基体の製造方法において、前記電気めっきで使用する電気めっき液に、前記粒子の比重より小さい比重の電気めっき液を使用することを特徴とする。
【００１０】
請求項１０の粒子配列基体の製造方法は、請求項２ないし請求項９のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記本固定工程における前記粒子の前記基体への固定を、無電解めっきにより行うことを特徴とする。
請求項１１の粒子配列基体の製造方法は、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記粒子配置工程における前記凹部への前記粒子の配置を、前記パターンの形成された前記基体を液体中に浸漬した状態で、前記パターン上に前記粒子を載置し、前記パターンに沿ってスキージを移動することにより行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項１２の粒子配列基体の製造方法は、請求項１１記載の粒子配列基体の製造方法において、前記液体は、界面活性剤溶液であることを特徴とする。
請求項１３の粒子配列基体の製造方法は、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項記載の粒子配列基体の製造方法において、前記粒子は、砥粒であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の粒子配列基体の製造方法では、基体の表面に形成するレジスト層に多数の凹部を形成し、各凹部に粒子を配置し、各粒子を保持部材により基体に固定するようにしたので、基体の表面に多数の粒子を高い精度で確実に固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の粒子配列基体の製造方法の第１の実施形態を示している。この実施形態では、図２に示すように、基体１１の表面に粒子１３を規則的に配列した粒子配列基体１５が製造される。
【００１４】
この実施形態の粒子配列基体の製造方法は、レジスト層形成工程、パターン形成工程、粒子配置工程および固定工程が含まれる。
先ず、レジスト層形成工程では、図１の(ａ)に示すように、金属あるいは非金属材料からなる基体１１の表面にレジスト層１７が形成される。
このレジスト層１７の形成は、基体１１にネガ型感光性フィルム１９を張り付けることにより行う。張り付けは、ラミネーターを用いた熱圧着方式により行われる。ラミネート条件は、温度１２０℃±１０℃、圧力２．５±０．５Ｋｇ／ｃｍ2、速度１．０〜２．０ｍ／ｍｉｎが望ましい。ネガ型感光性フィルム１９の厚さは、配列させる粒子１３の径以上にするのが望ましい。例えば、粒子１３の径が１００μｍならばネガ型感光性フィルム１９の厚さは１００μｍ以上にするのが望ましく、ここでは１５０μｍのフィルムを用いた。なお。粒子１３の形状あるいは大きさ等により、液状ネガ型レジスト樹脂によりレジスト層を形成しても良い。
【００１５】
次に、パターン形成工程では、図１の(ｂ)に示すように、レジスト層１７に多数の凹部１７ａを有するパターン２１が形成される。
このパターン２１は、図示しないパターンマスクを使用して、フォトリソグラフィプロセスにより形成する。パターンマスクの形状は任意に設定可能であるが、この実施形態では、後述するように、形成する凹部１７ａの寸法は粒子１３を１個のみ配置可能な寸法である。
【００１６】
パターン２１の形成は、先ず、コンタクト露光機にて、ガラスあるいはフィルムからなるパターンマスクを露光することにより行われる。露光条件は、例えば、ネガ型感光性フィルム１９の厚さ２００μｍに対して、３００ｍＪの露光量とするのが望ましい。露光後、現像処理にてパターン２１を形成する。現像装置には、回転式液噴霧装置を使用し、アルカリ系溶液にてパターン２１面に吹き付け現像を行う。現像条件は、例えば、ネガ型感光性フィルム１９の厚さ２００μｍに対して、時間を３分〜５分の範囲とし、温度を３０℃程度で行うのが望ましい。
【００１７】
次に、粒子配置工程では、図１の(ｃ)に示すように、レジスト層１７に形成される各凹部１７ａに粒子１３を配置する。
この実施形態では、図３に示すように、配列する粒子１３の粒径は略同一の粒径である。そして、凹部１７ａの寸法は、粒子１３を１個のみ配置可能な寸法となっている。例えば、粒子１３の外径寸法が１００μｍのガラス球の場合には、凹部１７ａの内径寸法は、例えば１１０μｍ〜１９０μｍの円形状であり、凹部１７ａに粒子１３が２個以上入らないような寸法になっている。そして、各凹部１７ａには、粒子１３が１個ずつ配置される。また、凹部１７ａの深さは、粒子１３の粒径以上の深さである。
【００１８】
この凹部１７ａへの粒子１３の配置は、パターン２１が形成された基体１１を液体中に浸漬した状態で行われる。この実施形態では、液体には、界面活性剤溶液を使用した。すなわち、パターン２１が形成された基体１１を界面活性剤溶液中に浸漬させ、基体１１上に粒子１３を載せる。そして、図１の(ｃ)に示したように、界面活性剤溶液中に浸漬された状態の基体１１上でスキージ２３を動かすと粒子１３はパターン２１の凹部１７ａ内に１個ずつ収容される。
【００１９】
次に、固定工程では図１の(ｄ)〜(ｆ)に示すように、粒子１３が基体１１に固定される。該固定工程は、仮固定工程、レジスト層除去工程および本固定工程を含んでいる。
仮固定工程では、図１の(ｄ)に示すように、レジスト層１７の各凹部１７ａに配置される粒子１３が、凹部１７ａに仮固定される。
この実施形態では、パターン２１の凹部１７ａ内にそれぞれ粒子１３が収容された基体１１を、電気めっき液へ浸漬し、電気めっきを行うことにより粒子１３の外側に仮めっき層２５を形成する。そして、この仮めっき層２５により粒子１３が仮固定される。
【００２０】
電気めっき液には、粒子１３の比重より小さい比重のニッケルめっき液(比重１．２)あるいは銅めっき液(比重１．１６)を使用する。電気めっきの電流密度は、１．０Ａ／ｄｍ2〜５．０Ａ／ｄｍ2が望ましい。また、粒子１３の高さの３分の１から２分の１の高さまで仮めっき層２５を形成するのが望ましい。
この実施形態では、粒子１３として、例えば、比重３．５２のダイヤモンド砥粒、比重２．５２のホウ珪酸ガラス(ＢＳＣ７)、比重約２．５のソーダライムガラス、比重２．２の石英、比重３．１８の蛍石、比重２．１〜２．２のテフロン(登録商標)等の樹脂が使用可能である。
【００２１】
ニッケルめっき液には、スルファミン酸ニッケル浴の普通浴(スルファミン酸ニッケル３５０ｇ／Ｌ，塩化ニッケル５ｇ／Ｌ，硼酸４０ｇ／Ｌ)、ハイスピード浴(スルファミン酸ニッケル６００ｇ／Ｌ，塩化ニッケル１０ｇ／Ｌ，硼酸４０ｇ／Ｌ)、電鋳浴(スルファミン酸ニッケル４５０ｇ／Ｌ，硼酸４０ｇ／Ｌ，ラウリル硫酸ナトリウム０．５ｇ／Ｌ)等が使用される。また、ワット浴(硫酸ニッケル２８０ｇ／Ｌ，塩化ニッケル４５ｇ／Ｌ，硼酸４０ｇ／Ｌ)も使用される。また、銅めっき液には、銅めっき浴(硫酸銅７５ｇ／Ｌ，硫酸１９０ｇ／Ｌ，塩素５０ｍｇ／Ｌ)等が使用される。
【００２２】
次に、レジスト層除去工程では、図１の(ｅ)に示すように、基体１１上のレジスト層１７を除去する。
このレジスト層１７の除去は、基体１１上に残っているネガ型感光性フィルム１９を基体１１から剥離することにより行われる。この剥離は、４０℃の苛性ソーダ５％希釈液に基体１１を浸漬することにより行われる。
【００２３】
次に、本固定工程では、図１の(ｆ)に示すように、基体１１上に仮固定された粒子１３を、基体１１に本固定する。
この本固定は、無電解めっきにより粒子１３を覆う本めっき層２７を形成することにより行われる。なお、粒子１３が砥粒の場合には、粒子１３の高さの６０から９０％を本めっき層２７により覆うのが望ましい。無電解めっき液には、ニッケルめっき浴あるいは銅めっき浴が使用される。
【００２４】
上述した粒子配列基体の製造方法の実施形態では、基体１１の表面に形成されるレジスト層１７に多数の凹部１７ａをフォトリソグラフィプロセスにより形成し、各凹部１７ａに粒子１３を配置し、各粒子１３を保持部材(仮めっき層２５および本めっき層２７)により基体１１に固定するようにしたので、基体１１の表面に多数の粒子１３を高い配置精度で確実に固定することができる。
(第２の実施形態)
図４は、本発明の粒子配列基体の製造方法の第２の実施形態の要部の詳細を示している。
【００２５】
なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態では、図４に示すように、粒子１３の粒径は略同一の粒径である。また、レジスト層１７には、粒子１３を２個配置可能な寸法の四角形状の凹部１７ａが形成されている。そして、図１の(ｃ)に示した粒子配置工程において、各凹部１７ａは粒子１３を２個ずつ収容する。
【００２６】
この実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができる。なお、この実施形態において、各凹部１７ａに粒子１３を３個以上収容するようにしても良い。
(第３の実施形態)
図５は、本発明の粒子配列基体の製造方法の第３の実施形態の要部の詳細を示している。  なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
この実施形態では、図５に示すように、レジスト層１７には、大径粒子１３Ａと小径粒子１３Ｂとの２種類の粒子を配置可能な寸法の三角形状の凹部１７ａが形成されている。そして、凹部１７ａ内は、大径粒子１３Ａと小径粒子１３Ｂとの２種類の粒径の粒子を収容する。
この実施形態では、図１の(ｃ)に示した粒子配置工程において、先ず、大径粒子１３Ａのみが分散している界面活性剤溶液中に基体１１を浸漬し、スキージ２３を動かすことにより、各凹部１７ａに大径粒子１３Ａが収容される。そして、次に、小径粒子１３Ｂのみが分散している界面活性剤溶液中に基体１１を浸漬し、スキージ２３を動かすことにより、大径粒子１３Ａが収容された凹部１７ａの残りの空間に小径粒子１３Ｂが収容される。
【００２８】
この実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができる。なお、この実施形態においても、各凹部１７ａに３種類以上の粒径の粒子を大きい順に収容するようにしても良い。
なお、上述した実施形態では、基体１１に粒子１３，１３Ａ，１３Ｂを金属により固定した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、樹脂等により固定しても良い。
【００２９】
また、上述した実施形態では、粒子配置工程の液体に界面活性剤溶液を用いた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、有機溶剤，アルコール等の液体を用いても良い。
そして、上述した実施形態では、平面状の基体１１の平坦部に粒子１３を固定した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、曲面状の基体の曲面部に粒子を固定しても良い。
【００３０】
さらに、本発明の粒子配列基体の製造方法は、研削工具の製造方法等に限定されるものではなく、例えば、反射拡散板，焦点板等の光学部品の製造に広く適用可能である。また、粒子１３にテフロン(登録商標)を使用することにより、摺動面等を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の粒子配列基体の製造方法の第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の粒子配列基体の製造方法により製造された粒子配列基体を示す説明図である。
【図３】図１のレジスト層に形成される凹部の詳細を示す説明図である。
【図４】本発明の粒子配列基体の製造方法の第２の実施形態の要部を示す説明図である。
【図５】本発明の粒子配列基体の製造方法の第３の実施形態の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  基体
１３，１３Ａ，１３Ｂ  粒子
１５  粒子配列基体
１７  レジスト層
１７ａ  凹部
２１  パターン
２３  スキージ
２５  仮めっき層
２７  本めっき層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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